基于FPGA的液浮陀螺伺服控制系统

发布时间：2020-09-28 10:41

　　 液浮陀螺是一种利用旋转的刚体具有定轴性而研发的角速度敏感器,从上世纪中叶开始研究以来提高敏感精度、可靠性和寿命成为了研发的主轴。液浮陀螺基于其较高测量精度、高灵敏度、体积小、较高的技术成熟度和可靠性等优点,已经在国防及民用领域有着广阔应用前景。本文研究了液浮力反馈速率陀螺的工作原理及分类、数字化控制设计、陀螺信号处理、陀螺的测试和数据处理。重点讨论了液浮力反馈速率陀螺的信号解调与测试方法,给出了传感器、力矩器、浮子等机械部分的结构和控制回路的硬件实现,为开展该型陀螺控制回路的详细设计奠定了基础。本文主要的研究内容为:1.伺服电路与电源变换器和陀螺表头组成陀螺组合完成系统测试。2.完成陀螺数字再平衡回路设计。3.FPGA各模块程序编写,调试和仿真。4.完成FPGA功能模块设计。5.对陀螺的电源变换器进行优化设计,改善陀螺启动特性。在FPGA硬件语言编写中要求做到:1.硬件语言设计模块化。2.各个任务模块语句编写简洁。3.程序语句编写满足GJB-5000A中对军用软件编写的要求。此外,还设计了传感器输出信号的处理电路,通过信号解调电路使其输出电压信号与陀螺敏感的角速度对应。陀螺力矩器由一组线圈组成,由于线圈由电流驱动,故选择功率放大器驱动。考虑到印制板的表面积较小放弃由晶体管和运算放大器搭建电流驱动级和信号放大部分,改用集成功率放大器。推导了陀螺输出信号的线性度的表达式。通过计算采样电阻的阻值可得到陀螺输出信号并计算陀螺标度因素,并可测得陀螺对角速度的敏感程度。设计了液浮力反馈速率陀螺的再平衡回路,通过采用PID和基于数字滤波器的惯性校正控制力矩器输入信号,针对液浮力反馈速率陀螺仪的系统设计。本文最后介绍了液浮力反馈速率陀螺仪的主要技术指标。测试方法和测试结果。通过仿真和测试验证了该型陀螺仪实现了前述所要求的各个性能指标,可以满足应用需求。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH824.3;TN791
【部分图文】：

图 2-2 闭环速率陀螺仪方框图Fig. 2-2 block diagram of closed loop rate gyroscope干扰输入为零，且工作转角 很小，速率陀螺仪的运动方程如Mωy= MI+ Cβ + JXβ —— 浮筒沿陀螺输出轴相对平衡位置的转角；—— 浮子相对输出轴的转动惯量；C—— 粘性阻尼系数。，力矩器产生的力矩M 为：IMI= IKI螺由于进动效应产生的力矩M 为：ωyM= Hω

成的光滑球体，没有绕组或齿，定子上有分布绕磁场的转速为：nc=60fP磁场转速，r/min；率，Hz；数。电机的两相正弦波信号由电源变换器提供，同电源。的描述

图 2-4 沿内框架轴向作用力矩时转子轴的进动cession of the rotor shaft along the axial moment of the i由于转子轴绕内框架轴存在转动自由度，所以仪转子轴就绕内框架以 的角速度沿 y 轴正向 与传递函数框图，如图 2-5 所示：Jscsky 21 (s)GH图 2-5 单自由度陀螺仪传递函数方框图iagram of transfer function of single degree of freedom g

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 金路;缪思恩;;基于FPGA的多通道高速采样系统设计[J];电子技术;2014年02期

2 莫晨晨;;谈FPGA信号处理算法的研究[J];科技风;2013年17期

3 曾德贵;;基于Xilinx PLD的FFT实现研究[J];泸州职业技术学院学报;2013年03期

4 徐彦凯;双凯;;提高定点精度的FPGA信号处理算法[J];计算机工程与科学;2012年09期

5 张U

本文编号：2828691